Способ получения фосфорсодержащих соединений Советский патент 1993 года по МПК C07F9/32 C07F9/40 C07F9/53 

Изобретение относится к синтезу фос- форорганических соединений и касается способа получение фосфорсодержащих соединений общей формулы

R1 RZР(0) - CR3R4 - СН R5Re(I) где RI - низшие алкил, или алкоксил. или фенил;

R2 - низшие алкил или алкоксил;

Ra- водород;

R4 - водород или низший алкоксикарбо- нил;

RS - водород или хлор;

R6 - низший алкоксикарбонил, амино- карбонил или цианогруппа.

Алкил может быть, например, с прямой цепью, разветвленной цепью или циклической, как метил, этил, н- и изопропил, н-, изо-, трет- и 2-бутил. изомеры пентила, изомеры гексила, изомеры циклопентила, изомеры циклогексила, изомеры гептила и изомеры октила. Алкоксил обозначает алки- локси, например, с названными выше в ал- кильном остатке для алкила значениями.

Соединения формулы () представляют ценные промежуточные продукты при пол- учении средств защиты растений.

Известно, что некоторые представители соединений формулы (I) могут получаться, например, превращением эфиров кислот трехвалентного фосфора с ненасыщенными жирными кислотами. Однако при этом способе получают выходы только 10-50%, что с точки зрения техники и экологии представляет большой недостаток из-за высокого количества отходящего воздуха и высокой нагрузки по отходам. Непревращенные количества фосфорсодержащего компонента (I) требуют больших затрат, так как эти соединения огнеопасны, токсичны и имеют запах. Кроме того, вследствие низких выходов по окончании реакции необходимы связанные с затратами операции по очистке.

Известны реакции триалкилфосфита с a./j-ненасыщенным карбонильным соединением из группы альдегидов, карбоновых кислот, дикарбоновых кислот или циклических кетонов в присутствии спирта, при этом в качестве замещенного алкена используют циклопент-1-ен-З-он.

Предлагаемый способ по сравнению с известными способами, является высокоселективным, дешевым и простым, дающим соединения фосфина формулы () -с почти количественными выходами и с высокой степенью чистоты.

Согласно изобретению фосфорсодержащие соединения указанной общей формулы (I) получают взаимодействием эфира кислоты трехвалентного фосфора с производным алкенилкарбоновой кислоты при

нагревании. В качестве эфира кислоты трехвалентного фосфора используют соединение общей формулы

R1R2P-OR,(II) где RI и R2 имеют указанные значения;

R - низший алкил или фенил, в качестве производного алкенилкарбоновой кислоты - соединение общей формулы

R3R4C CRsR6,(III) где Ra, R4, RB, Re имеют указанные значения, и процесс ведут в присутствии по крайней мере эквиимолярного количества протонного органического реагента, выбранного из группы спиртов, аминов, меркаптанов, гликолей или фенолов, при 40-90°С.

Способ по изобретению характеризуется тем, что процесс может быть проведен в атмосфере инертного газа.

Для оценки протекания реакции должно быть принято во внимание структурное значение, которое влияет на реакционную способность субстратов. Следует например отметить, что соответствующие субстраты из известных аналогичных реакций являются ненасыщенными а,/ -альдегидами и ке- тонами, которые благодаря содержащейся карбонильной группе, по сравнению с карбонильной группой сложного эфира или амида, имеют сильно поляризованную и таким образом активированную а,/ двойную связь.

Любые ли протонные субстраты, в частности карбоновые кислоты, могут быть лри- годны в качестве Co-реагентов. Как показали сравнительные опыты, протонные субстраты как карбоновые кислоты или вода не пригодны.

Из сравнительного опыта, кроме того, следует что олефиновые субстраты могут быть изменены структурно непроизвольно. Даже применение спирта (метанол) в качестве протонного субстрата в случае использования такого субстрата, как метакриловая кислота, не дает хороших выходов целевого продукта.

Кроме того, мало известны типы возможных полярных протонных субстратов; амины, меркаптаны и гликоли в этом качестве не использовались.

Полученные с почти количественным выходом сырые продукты в большинстве случаев настолько чистые, что их можно применять непосредственно для дальнейших химических превращений.

Взаимодействие компонента фосфора (II) с алкенами (ill) по известным способам без применения протонного органического вещества не приводит к продуктам (I), Получают только сильновязкие полимерные

продукты (см. сравнительный пример 1). Низкие выходы {максимально до 50%) в известных примерах получают тзкже в конкурирующих полимеризациях как побочных реакциях. Желательные реакции во многих случаях такие медленные, что полимеризация не может стать основной реакцией 1.

Благодаря добавке протонных органических веществ достигают того, что полимеризация в значительной степени снижается и образуются 1:1-аддукты формулы (l)c почти количественными выходами.

При использовании протонных органических веществ в известных способах, по которым компоненты фосфора формулы (II) взаимодействуют с ненасыщенными жирными кислотами, получают выходы менее 30% требуемых 1:1-аддуктов (см. сравнительный пример 2).

В качестве протонных органических веществ применяют предпочтительно спирты, особенно С1-С }-спирты, например метанол, этанол, пропанол, изопропанол, н-, изо-, трет- и 2-бутанол; многоатомные спирты, например этанол и глицерин; С-|-С4-мер- каптаны, например метилмеркаптан, этил- меркаптан, пропилмеркалтан и 1,2-этандитиол; амины, особенно моно- или ди- (Ст-Сб-алкил)амины, например метиламин, этиламин, диметиламин и пропиламин, фенолы,- трифенолы, анилины и подобные соединения. Хотя названные вещества вследствие своих протонных свойств всюду обозначают как производные воды, однако в данном способе в противоположность описанным органическим протонным соединениям нельзя работать с водой, так как вода быстро гидролизирует компоненты фосфора формулы (И).

Поскольку с водой как протонным веществом вследствие реакций гидролиза вообще нельзя получать никакие продукты формулы 1(см. также сравнительный пример 3), было неожиданным, что для достижения высокой селективности и выходов пригодны применяемые по изобретению протонные органические вещества.

Примененные в способе по меньшей мере эквимолярно протонные органические вещества R-H служат как реагенты и в случае необходимости как растворители и в соответствии с ходом реакции превращаются по меньшей мере частично, например, до простых эфиров, тиоэфиров, аминов, феие- толов, тиофенетолов при замещенных анилинах формулы R-Ra, где Ra имеет вышеназванное значение. Предпочтительно продукты R-Re во время реакции или в конце реакции удаляют из реакционной смеси, например, перегонкой. Избыточный

реагент или растворитель R-H удаляют предпочтительно в конце реакции перегонкой при пониженном давлении.

В способе по изобретению исключены также карбоновые кислоты. Если з способе в качестве протонных веществ применяют органические кислоты, например муравьиная и уксусная, кислота, то практически не получают продуктов формулы (I) (см. сравнительный пример }. Отсюда следует, что протонное органическое вещество не должно иметь слишком кислые свойства. Пригодно ли вещество, можно легко установить в предварительном опыте.

Способ по изобретению осуществляют, например, таким образом, что соединения формулы (II) растворяют в протонном органическом веществе и в реакционную смесь вводят алкены (III) при температурах между

-20 и 150°С, предпочтительно 0-100°С. Возможна также одновременная добавка ком- понент (II).и (III) в протонное органическое вещество.

Можно также вводить компоненту алкена (III) вместе с протонным органическим веществом и добавлять в этот раствор компоненту фосфора.

Протонные органические вещества применяют по меньшей мере эквимолярно.

Больше, чем в зквимолярном количестгэ, их можно применять дополнительно в качестве органического растворителя.

Способ можно осуществлять без растворителя или с избыточным протонным органическим веществом в качестве растворителя и/или в присутствии обычных инертных в условиях реакции органических растворителей. Упомянутые растворители представляют, например, галогенированные, алифатические, циклоалифатические, ароматические или аралифатические углеводороды, алифатические или циклоалифатические простые эфиры, например простые полигликольдиэлкиловые эфиры, а

также кетоны и сложные эфиры. Целесообразно осуществлять способ в атмосфере инертного газа, например в атмосфере азота, чтобы избежать вредных влияний кислорода на реакцию.

Способ по изобретению можно осуществлять непрерывно или периодически.

Способ поясняют несколькими примерами.

П р и м.е р 1. Сложный метиловый эфир

3-{метохси-метил- фосфинил) пропионовой кислоты.

80 г метанола смешивают с 216 г сложного диметилового эфира метанфосфони- стой кислоты в атмосфере газообразного

азота при перемешивании и комнатной температуре и добавляют по каплям 172 г сложного метилового эфира акриловой кислоты. Температура поеышается до 70°С. По окончании закапывания и дополнительного перемешивания 1 ч в установленной низкотемпературной ловушке осаждалось около 90 г простого диметилового эфира. Затем избыточный метанол как растворитель отгоняют в вакууме. Получают 365 г сырого продукта с чистотой 96,4%, что соот- ветствует выходу 97,7% от теории. Точка кипения отогнанной пробы составляет 96°С при 0,027 мбар. Спектр Н-ядерного магнитного резонанса и СНР-анализ продукта соответствует данным сравнительной пробы, которая была синтезирована независимым путем.

Пример 2. Сложный этиловый эфир З-(метокси-метил-фосфинил)- пропионовой кислоты.

В колбу, заполненную азотом и с установленной низкотемпературной ловушкой, помещают 216 г сложного диметилового эфира метанфосфонистой кислоты, нагревают до 60°С и прибавляют смесь из 200 г сложного этилового эфира акриловом кислоты и 100 г метанола в течение 1 ч по каплям, причем температура повышается до 65°С. После дополнительного перемешивания о течение 1 ч в низкотемпературной ловушке улавливают всего 91 г простого диметилового эфира. Избыточный метанол отгоняют о вакууме. Получают 362 г сырого продукта с чистотой 97,3%, что соответствует выходу 97,9% от теории. Точка кипения пробы со- ставляет при 0,013 мбар 100-102°С.

Пример 3. Сложный метиловый эфир 3-(мотокси-мегил-фосфинил}- пропионовой кислоты.

Смесь из 86 г сложного метилового эфи- ра акриловой кислоты и 80 г этанола перемешивают в течение 30 мин в атмосфере защитного газа-азота закапывают в имеющийся раствор 108 г сложного диметилового эфира метанфосфонистой кислоты при 60°С. Дополнительно перемешивают 1 ч при 60°С. В низкотемпературной ловушке улавливают всего 55 г простого метилэтило- вого эфира. После этого отгоняют избыточный этанол в вакууме. Получают 184 г сырого продукта с чистотой 95,4 %, что соответствует выходу 97,5% от теории. Т.кип. перегнанной пробы 96 С при 0,027 мбар.

Пример 4. Амид 3-(метокси-этил-фос- финил)-пропионовой кислоты.

Смесь 71 г амида акриловой кислоты и 120 г н-пропиламина перемешивают в атмосфере азота при комнатной температуре и нагревают до 50°С. В течение 30 мин в реакционный раствор закапывают 122 г

сложного диметилового эфира этанфосфо- нистой кислоты. Дополнительно перемешивают 5 ч при температуре флегмы и отгоняют при пониженном давлении растворитель (низкокипящий, как избыточный пропиламин-N, метил-М-пропиламин). Получают 175 г сырого продукта с чистотой 94,4%, что соответствует выходу 92,3% от теории.

1Н-ММН-спектр и СНР-анализ продукта совладает с соответствующими данными сравнительной пробы, которая была синтезирована независимым путем.

С .НР

40,227,8717,28

40,137,7217,31

СеНиМОзР (.157)

Пример 5. Нитрил 3-{этокси-пропил- фосфинил)-пропионовой кислоты.

В смесь 160 г сложного диэтилового эфира пропанфосфонистой кислоты в 100 г н.-пропилмеркаптана закапывают при температуре реакции 70°С 53 г нитрила акриловой кислоты в течение 2 ч в атмосфере азота. После еще 3 ч растворитель (низкокипящий как СзНуЗС2Н5 и избыточный ) отгоняют при пониженном давлении и получают 173 г сырого продукта с чистотой 95,4%, что соответствует выходу 94,4% от теории. Т.кип. продукта составляет при 0.027 мбар 117-118°С.

Примерб. Сложный этиловый эфир 3-(этоксикарбонил)-3- (этокси-этилфосфи- нил}-пропионовой кислоты.

В смесь 140 г сложного диэтилового эфира этанфосфонистой кислоты г этанола медленно добавляют в атмосфере защитного газа-азота при 65-70°С 172 г сложного диэтилового эфира фумаровой кислоты. После еще 3 ч растворитель (избыточный этанол и простой диэтиловый эфир) отгоняют при пониженном давлении и получают 285 г сырого продукта с чистотой 95,7%, что соответствует выходу 90,9% от теории.

1Н-ЫМЯ-спектр и СНР-анализ совпадают с данными синтезированной независимым путем сравнительной лробы.

СНР-анализ, %СНР

Рассчитано44,448,5811,46

Найдено44,408,6011,38

СюНгзОбР (,265) При м е р 7. Сложный метиловый эфир 3-{циметоксифосфонил)- пропионовой кислоты.

Смесь 86 г сложного метилового эфира акриловой кислоты и 100 г изобутанола перемешивают в атмосфере азота при комнатной температуре и нагревают до 80°С. В течение 1 ч закапывают в реакционный раствор 124 г триметилфосфита. Дополнительно перемешивают 5 ч при температуре флегмы и отгоняют растворитель (остаток .изобутанола и простой изобутил-метиловый эфир) при понижений давлении. Получают 173 г сырого продукта с чистотой 94,1%, что соответствует выходу 83,0% от теории. Т.кип. составляет при 0,93 мбар 104-106°С,

Пример 8. Нитрил 3-{диметилфосфи- нил)-пропионовой кислоты.

В смесь 53 г акрилнитрила и 32 г метанола медленно добавляют в атмосфере азота при 20°С 135 г сложного изобутилового эфира диметилфосфонистой кислоты, причем температура медленно повышается приблизительно до 60°С. Дополнительно нагревают около 3 ч и отгоняют растворитель (остаток метанола и простой изобутил- метиловый эфир). Получают 125 г сырого продукта с чистотой 95,3%, что соответствует выходу 90,9% от теории. Т.кип. отогнанной пробы составляет при 0,013 мбар 98-100°С.

Пример 9, Сложный метиловый эфир 3-(диметилфосфинил)-3- (метоксикарбснил)- пропионовой кислоты.

В раствор 67 г этиленгликоля при температуре около 70°С из двух отдельных капельных воронок одновременно закапывают в атмосфере защитного газа- азота 135 г сложного изобутилового эфира диметил фосфинистой кислоты vi 144 г сложного диметилового эфира малеиновой кислоты. После еще одного часа производят отгонку при пониженном давлении, т.е. при пониженном давлении осторожно отгоняют летучие компоненты. Получают 215 г сырого продукта с чистотой 95,2%, что соответствует выходу 91,8% от теории.

H-NMR-cneKTp и СНР-анализ соответствуют данным независимо синтезированной сравнительной пробы. Т.кип. продукта составляет при 0,013 мбар 128-130°С.

Пример 10. Сложный метиловый эфир 3-(фенилметоксифосфинил)- 2-хлорпропио- новой кислоты.

В раствор из 120,6 г сложного метилового эфира 2-хлоракриловой кислоты и 94 г фенола при 20°С медленно добавляют в атмосфере азота 138 г сложного диметилового эфира фенилфосфонистой кислоты. После 3 ч дополнительной реакции при 70°С фене- тол отгоняют при пониженном давлении. Получают в качестве остатка 267 г сырого

продукта с чистотой 93,0%, что .соответствует выходу 90,1 % от теории.

H-NMR-cneicrp и СНР-анализ продукта соответствуют данным независимо синте- 5 зированой сравнительной пробы.

СНР-анализ. %СНР

Рассчитано47.755,1011,20

Найдено47,774,8111,30

0

СпНщСмРС (М-276,659)

Сравнительный пример 1 (без протонного органического вещества). В 108 г сложного диметилового эфира

5 метанофосфонистой кислоты добавляют при 70°С 86 г сложного метилового эфира акриловой кислоты и нагревают еще 4 ч при 70°С. После переработки реакционной смеси отгонкой при пониженном давлении пол0 учают как остаток 194 г высоковязкого масла, которое по 1H-NMR и 31Р-ЫМН-спек- трам не содержит целевого сложного метилового эфира 3-(диметилфосфи- нил)-пропионовой кислоты. При пере5 работке перегонкой нельзя получить перегоняемый продукт, что указывает на полимеризационпое протекание реакции.

Сравнительный пример 2

0 (аналогичен примерам из литературы).

В раствор из 86 г метакриловой кислоты и 32 г метанола закапывают в течение 30 мин при 70°С 108 г сложного диметилового эфира метанофосфонистой кислоты. После

5 3 ч дополнительной реакции производят отгонку при пониженном давлении.

Получают 59 г 3-{диметилфосфинил}-2- метилпропионовой кислоты с чистотой 91,1%, что соответствует выходу 29.5% от

0 теории.

Сравнительный пример 3(с водой в качестве протонного вещества).

В раствор 86 г сложного метилового эфира акриловой кислоты и 20 г воды, на5 чиная при 25°С, добавляют в течение 30 мин по каплям 108 г сложного диметилового эфира метанфосфонистой кислоты. Во время добавки температура повышается до 65°С. В течение Зч дополнительно нагрева0 ют при70°С.

После переработки реакционной смеси отгонкой в вакууме не получают сложного метилового эфира 3-(диметилфосфинил)- пропионовой кислоты. Напротив, получают

5 продукт гидролиза с выходом 91,4% и чистотой 94,4%, сложный метиловый эфир метанфосфонистой кислоты, который можно было выделять перегонкой в количестве 91 г. Т.кип. отогнанной пробы составляет 55- )8°С при 10-15 торр.

1H-NMR-cneiorp и СНР-анализ соответствует соединению из сравнительной пробы, которая была синтезирована независимым путем.

Сравнительный пример 4 (с муравьиной кислотой в качестве протонного полярного вещества).

В раствор 86 г сложного метилового эфира акриловой кислоты и 50 г муравьиной кислоты добавляют при 70°С в течение 2 ч 108 г сложного диметилового эфира мета- нфосфонистой кислоты и дополнительно нагревают 2 ч при 70°С. После переработки реакционной смеси перегонкой в вакууме получают 123 г сырого продукта, который согласно 1H-NMR, P-NMR и анализу газовой хроматографией не содержит требуемого продукта. Реакционная смесь состоит из нескольких веществ, причем речь идет, главным образом, о кислых соединениях фосфора, окисленного до пятивалентного состояния.

Пример 11. Амид 3-{метокси-этил- фосфинил)-пропионовой кислоты.

Смесь 71 г амида акриловой кислоты и 120 г н-пропиламина смешивают в атмосфере азота при комнатной температуре и нагревают до 40°С. В течение 45 мин добавляют по каплям 122 г диметиловаго эфира этанфосфонистой кислоты в реакционный раствор. После длительного перемешивания при 40°С в течение 1 ч при пониженном

давлении отгоняют легкокипящие продукты (избыточное количество пропиламина и реакционный продукт М-метил-М-пропила- мин). Получают 165 г сырого амида 3-{метокси-зтил-фосфинил}-пропионовой кислоты с чистотой 93%, что составляет 85% от теории.

Данные H-NMR-спектра совпадают с данными спектра из примера 4.

П ри ме р 12. Метиловый эфир 3-(диме- токсифосфинил)-пропионовой кислоты.

Смешивают 86 г метилового эфира акриловой кислоты и 100 г изобутанола в атмосфере азота при комнатной температуре

и нагревают до 90°С. В течение 50 мин по каплям добавляют 124 г триметилфосфита в реакционный раствор. Продолжают перемешивать реакционную смесь 2 ч при 90°С и затем отгоняют при пониженном давлении

легкокипящие компоненты (избыточное количество изобутанола и продукт реакции). Получают 170 г сырого метилового эфира 3-(диметоксифосфинил)-пропионовой кислоты с чистотой 95%, что составляет 82% от

теории. Т.кип. перегнанной пробы составляет 104-106°С при 0,93 мбар.

(56) Houben - Weyl, Methoden der Org. Chemle. T.12/1, 1963, c. 259-260. Общая органическая химия/Под ред. Д. Бартона и У.Д, Оллиса. Т. 4. М.: Химия, 1983, с. 695-696.

.Использование: в качестве полупродуктов, для получения средств защиты растений. Сущность изобретения:продукт ф-лы R. R„P(0)-CR R-CHR R , где R - низшие алкид 1234 56 1 или алкоксид или фенил; R - низшие алкил или ал- коксил; R - водород; R - водород или низший аларос коксикарбонил; R - водород или хлор; R - низший алкоксикарбонил, аминокарбонил. или цианогруппа Выход 92 - 97%. Реагент 1: R R P-OR . Реагент 1 2 2: R R , где R -R имеют указанные значения; к - низший алкил или фенил. Условия реакции: процесс ведут в присутствии эквимопьного количества протонного органического реагента, выбранного из группы спиртов, аминов, меркаптанов, гликолей или фенолов при 40 - 90° С. 4 з.п. ф-лы

Формула изобретения

RiR2P(0)CR3R4CHRsR6.

где RI - низшие алкил, или алкоксил, или фенил;

Ra - низшие алкил или алкоксил;

RS- водород;

R4 - водород или низший алкоксмкарбо- нил;

R.5 - водород или хлор;

Re - низший алкоксикарбонил, аминокарбонил или цианогруппа, взаимодействием эфира кислоты трехвалентного фосфора с производным злкенил- карбоновой кислоты при нагревании, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода целевых продуктов, в качестве эфира кислоты трехвалентного фосфора используют соединение общей формулы

RiRaP-OR, где R - низший алкил или фенил;

RI и Ra имеют указанные значения,

в качестве производного алкенилкарбоно- вой кислоты - соединение общей формулы

R3R4C CRsR6,

где Ra - Re имеют указанные значения, и процесс ведут в присутствии по крайней мере эквимолярного количества протонного органического реагента, выбранного из группы спиртов, аминов, меркаптанов, гли- колей или фенолов, при 40 - 90 С.

5. Способ по пп.1 - 4,. отличающийся тем, что процесс ведут в атмосфере инертного газа.